五层粘接结构的断裂行为模拟研究

粘接技术已被广泛应用,断层及开裂失效是粘接结构常见的失效类型.建立了五层粘接结构模型,分别是被粘物体、粘接界面和粘接材料.分别对搭接结构和对接结构的不同断裂形式进行了模拟计算.结果表明,粘接界面内聚力强度小于或大于粘接材料强度,断裂出现在较弱粘接面上;粘接界面内聚力强度等于粘接材料层强度,粘接材料层与粘接界面均出现破坏;搭接结构的断裂方式与对接结构的断裂方式相同.本研究结果可用于工程实际的粘接强度分析.     

粘接界面的损伤研究

把粘接界面本构模型应用到商用的各向异性导电胶粘接的试件中,并用此模型计算试件的90°剥离的开裂.通过对粘接界面模型的修正,在原界面模型的基础上,增加了界面损伤因子χ,根据实验数据分别给出了温度循环损伤因子和高温高湿损伤因子计算公式.损伤因子不但能改变粘接的最大应力值,也能改变粘接界面开裂的位移.有损伤因子的界面本构能够描述温度循环和高温高湿试验后试件粘结强度的变化,此界面损伤模型的计算结果与实验结果吻合较好.     

CFRP粘接加固正交异性钢桥面板界面破坏机理研究

对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)粘接加固正交异性钢桥面板界面性能进行了研究。采用考虑损伤因子的疲劳内聚力模型建立CFRP粘接加固正交异性钢桥面板有限元模型,采用二次名义应力准则判断界面损伤起始位置,根据幂法准则判断界面损伤破坏。以安庆长江公路大桥正交异性钢桥面板为研究背景,通过有限元模拟研究CFRP粘接加固正交异性钢桥面板界面破坏情况和应力分布。结果表明：CFRP粘接加固正交异性钢桥面板在盖板-U肋焊缝处首先发生界面破坏,随着荷载循环次数的增大,胶层破坏逐渐向纵肋和桥面板两端延伸,且界面破坏经过弹性阶段、软化阶段和界面破坏阶段3个阶段。     

各向异性导电胶膜的导电粒子电性能研究

各向异性导电胶膜(ACF)连接线路的导电性能对导电粒子的变形影响很大.对ACF粘接后的导电粒子电阻进行了理论模型的建立,分析了导电粒子变形程度对其导电电阻的影响,并与实验结果进行了比较,吻合很好;在高温、高湿环境下,通过对导电粒子回弹进行有限元模拟,得到了导电粒子回弹量;并分析了回弹粒子对导电电阻的影响以及导电粒子的数量对总电阻的影响,得到了各向异性导电胶膜连接的线路最佳的导电粒子变形量和湿热环境对其的导电性能的影响程度.     

薄壁衬层再生复合管材层间界面力学行为分析

本文通过带腐蚀缺陷管道钢与薄壁衬层单面粘结试件的拉剪试验和T形板面粘结试件的法向拉伸试验,对薄壁内衬再生复合管材层间界面力学行为进行研究。单面粘结试件切向力作用下,随着带腐蚀缺陷管道钢腐蚀程度的增加,粘结层与基层管道钢剥离所占的比例逐渐减小,层间极限承载力逐渐增大,界面粘聚力随着腐蚀损失率的增加略有增加,但随着粘结材料失效所占比例的增加,这种增加趋势慢慢趋于平缓,层间界面切向破坏以粘结材料内聚力失效为主。利用差值法建立复合管材层间界面切向应力位移“双线性”本构关系模型。T形板面粘结试件的法向拉伸试验结果表明,试件法向力作用下的破坏形式基本相同,破坏以粘结层内聚力失效破坏为主,界面法向应力位移变化关系也可简化为“双线性”界面法向应力位移本构关系模型。基于“双线性”本构关系模型及试验结果,建立了带腐蚀缺陷管钢修复后的有限元分析模型。通过与试验结果对比分析得出“双线性”界面内聚力模型在有限元模型分析中能够准确模拟薄壁内衬复合管材层间力学性能。研究内容和结果可为埋地管道非开挖连续内衬修复技术提供理论依据。     

基于改进内聚力模型的沥青超薄罩面层间失效行为分析

为了准确预测沥青超薄罩面层间失效行为,在考虑层间黏结应力与摩擦效果耦合作用的基础上,引入改进内聚力模型表征界面接触特性,基于沥青超薄罩面直剪试验进行数值模拟,描述沥青超薄罩面层间失效行为演化特征,通过直剪试验验证改进内聚力模型的可靠性. 研究结果表明：层间黏结应力和层间摩擦系数由摩尔?库伦理论拟合直剪试验结果得到;沥青超薄罩面界面的切应力与剪切位移的关系分为切应力应变弹性强化、切应力应变软化及残余应力应变阶段;选择临界断裂能作为评价沥青超薄罩面层间失效行为的指标,该指标的数值随正向应力的增大而增加;数值模拟结果与试验结果一致度较高,验证了使用改进内聚力模型进行沥青超薄罩面层间剪切破坏行为研究的可行性.     

基于强度理论的内聚力模型的有限元实现及应用

在对基于强度理论的内聚力模型(ST-CZM)进行二维整理及三维拓展的基础上，使用Abaqus用户单元子程序(UEL)对该模型进行有限元实现.通过经典界面破坏算例验证ST-CZM有限元模型的有效性和准确性，建立纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土模型，采用ST-CZM模拟FRP与混凝土界面间的黏结破坏过程，实现STCZM在复杂工况下的应用.相较于传统基于牵引力准则的内聚力模型，ST-CZM具有更灵活的混合模态耦合方式，且其切向和法向的强度模型相互独立，ST-CZM的收敛性更好，对强度的预测更准确.所有算例表明，相较于传统基于牵引力准则的内聚力模型，ST-CZM有限元模型能够更好地实现黏结界面峰值应力的预测和损伤阶段的模拟.     

丝网印刷柔性薄膜天线力电性能表征

为降低天线结构重量、提高天线与结构一体化效率,制备了一种可卷曲且易与结构共形的柔性薄膜天线.基于天线基本理论和丝网印刷工艺技术设计并制备了薄膜微带准八木天线.将薄膜天线辐射层看作颗粒增强复合材料,利用Mori-Tanaka复合材料细观力学方法预测其有效弹性模量,与拉伸叠加法结果吻合良好.基于内聚力模型,利用ABAQUS有限元分析软件模拟了薄膜天线基体/辐射层在90°剥离条件下的界面剥离过程,揭示了天线基体与辐射层之间界面破坏机理,得到薄膜基体/辐射层的界面剥离强度,通过90°剥离实验验证了内聚力模型的有效性.有限元得到的剥离强度为64N/m,与实测值误差为8.11%,吻合良好.最后,仿真和实验研究了柔性薄膜天线的反射系数和辐射方向图性能,仿真得到的薄膜天线谐振频率为3.02GHz,与实验谐振频率误差为2.37%,且在谐振频率处阻抗匹配良好.结果表明:本文设计制备的柔性薄膜天线具有良好的力学和电磁性能,在航空航天轻量化结构中有广泛的应用前景.     

高温高湿下各向异性导电胶粘接界面的受力分析

在温度载荷和高温高湿载荷的作用下,对各向异性导电胶粘接的TAB试件进行受力分析,通过梁理论对薄膜梁单元的受力分析,建立了在温度和高温高湿载荷作用下粘接界面应力与应变关系,采用带有函数的奇异微分方程来求解,得到界面正应力和剪应力分布情况,并与有限元数值模拟得到的界面应力分布结果进行比较,计算结果和数值模拟结果相近,验证了计算的正确性.     

FRP片材与砼粘结界面剥离破坏过程的数值分析

针对FRP砼界面粘结性能和抗拉裂能力问题进行了研究.基于FRP与砼界面面内剪切试验的结果,采用材料真实破裂过程分析〔RFPA〕系统,对FRP砼界面粘结性能进行了数值试验.为了真实地模拟砼材料的力学性能,该数值模型考虑了由颗粒、砂浆和界面三相组成的复杂砼结构、FRP单元和砼单元直接连接等问题.结果表明,通过砼单元的破坏来模拟FRP和砼界面的宏观剥离破坏过程,其数值试验结果再现了FRP砼界面的剥离破坏全过程.